无外部动力也能将水推上坡：液压 ram 泵的工作原理

想象一下，你的农场低洼地区有一条天然溪流。这是一个很好的淡水来源，只是你真正需要的是用它来灌溉一些位于较高海拔的作物。该地区远离固定设施，使问题变得复杂。

你的第一个想法可能是购买某种商用现成泵，以及一个花哨的太阳能发电系统来提供运行所需的电力。但是，如果有一种泵可以在完全没有外部动力输入的情况下完成这项工作呢？这就是液压 ram 泵。

液压 ram 泵是最优雅的适用技术范例之一，它将流动水的动能转化为足够的压力，将一部分水提升到似乎违背重力的高度。这种巧妙的设备不需要外部动力源，维护也非常少，使其成为偏远地区泵送应用的完美解决方案，在这些地区，为泵提供电力或燃料本来就不方便。

液压 ram 泵的核心是利用一种称为水锤的现象，也就是当你快速关闭水龙头时导致管道发出砰砰声的效应。当流动的水突然停止时，其动量会产生压力波。在你的管道中，你会听到这种嘎嘎作响、锤击的声音，这大多只是令人讨厌。然而，这种压力峰值实际上可以被利用来做有用的功——比如把水推上坡。这只需要一些巧妙的阀门设计即可实现。

该泵仅由几个关键部件组成：一个从水源引水的驱动管、一个通常允许水自由流动的废水阀、一个通向泵输出的输送阀，以及一个作为压力蓄能器的空气室。这些部件协同工作，产生自持的泵送动作。

泵的运行始于水从高于泵的水源（如河流或溪流的流水）通过驱动管流下。最初，废水阀是打开的，水自由流过。随着流速增加，废水阀由于水流经它时产生的阻力开始上升。最终，阀门上升到完全关闭的位置，突然停止水流。这种突然停止会引起水锤，流动水的动能转化为强大的压力峰值，迫使输送阀打开，将水推上泵出口。最终，水锤事件后的压力下降导致废水阀重新打开，输送阀关闭，允许循环重新开始。

一些泵在系统中增加了一个压力室，压力峰值导致水进入容器，压缩困在里面的空气。被压缩的空气就像一个弹簧，即使在初始水锤效应消退后也能维持流出压力。这可以通过平衡废水阀关闭时的尖锐压力峰值来改善流量并减少泵部件的应变。

既然是 Hackaday，我们应该提到，这很像一个升压 DC-DC 转换器，电感器扮演着充满水的管道的角色，提供惯性，而二极管和一个平滑电容器扮演着止回阀和空气室的部分。在电学升压中，废水阀通常是一个连接到地的 MOSFET，并且它是电子驱动的，而不是被水锤猛烈关闭。

液压 ram 泵有效地将低压快速水流转化为高压低速水流，使得水可以容易地被输送到比水源更高海拔的水箱或出口。驱动水的垂直落差与水泵提升高度之间的比率决定了到达输出的水量。例如，如果水源高于 ram 泵本身 1 米，而输送管高于泵 10 米，则只有 10% 的水将被输送到输出端，另外 90% 的水将通过废水阀排出。然而，最终，对于从天然水道运行且无外部动力输入的泵来说，这通常被认为是可以接受的权衡，废水阀的流出物简单地返回到泵所在的河流或溪流中。液压 ram 泵可以长时间运行以输送更多的水并灌溉某个区域或填充水箱，即使瞬时流速很低。毕竟，你不需要为它的运行支付任何电费！

液压 ram 泵在需要将水泵送到更高高度而无需外部动力源的地方很受欢迎。

今天的液压 ram 泵应用范围从农村供水系统到发展中国家的灌溉项目。液压 ram 泵在大多数希望在没有外部动力输入的情况下将水泵送到高海拔的情况下都能证明是有用的。最终，液压 ram 泵代表了最优秀的可持续技术。这是一种清洁、无干扰的利用自然能量来做有用功的方式。还有什么比这更有回报呢？

特色图片：“液压 Ram” 由 [Gutza] 和 [Sonett72] 提供。